ORNL推出PM-HIP技术，革新大型金属部件制造

2024年10月8日，随着清洁能源、航空航天和国防等领域对大型金属部件需求的持续增长，美国能源部橡树岭国家实验室（ORNL）宣布了一项重大技术突破。ORNL通过结合粉末冶金热等静压（PM-HIP）和增材制造（AM）技术，提供了一种高精度替代传统铸造和锻造方法的方案，旨在解决当前供应链中的瓶颈问题。

传统的铸造和锻造能力大多已转移至海外，导致美国难以供应重量超过1万磅的部件。ORNL的PM-HIP技术利用3D打印技术增强工艺控制和实现更复杂的几何结构，从而解决了这一难题。该技术使用电弧增材制造（WAAM）和混合增材-减材方法制造预成型模具，然后填充金属粉末。密封的模具在热等静压机（HIP）中经历加热和加压循环，使金属粉末在固态下固结成致密、复杂的几何形状。

ORNL的研究人员克服了PM-HIP技术的主要障碍之一，即金属粉末在固结过程中的体积收缩问题。计算固体力学领域的高级研究科学家Jason Mayeur开发了预测模型，用于模拟不同几何形状下的收缩行为，从而指导初始模具设计的迭代调整，确保最终部件符合精确规格。与此同时，冶金学家Soumya Nag开展了实验研究，重点关注基于增材制造的胶囊制作和最终部件质量评估，确保材料在HIP工艺的苛刻条件下可靠运行。

PM-HIP技术不仅提供了设计灵活性，还为多材料构建打开了大门，对高性能要求严格的行业应用至关重要。该技术在国内生产高完整性金属部件的能力有助于美国减少对外国供应商的依赖，增强供应链弹性。对于核能、水力发电和航空航天领域，PM-HIP提供了一种制造大型复杂部件的方法，并具有改进的材料性能，如更高的韧性和抗热疲劳性。

此外，ORNL的进展与美国能源部的脱碳重点相一致。PM-HIP工艺使高性能材料在能源生产和输配基础设施中的应用成为可能，支持向更高效、排放更低的系统转变。在本地生产此类部件还有助于减少与海外运输和冗长供应链相关的碳足迹。

为了加速行业采纳并解决剩余的技术挑战，ORNL将于2024年10月9日至10日在其制造示范设施（MDF）举办PM-HIP研讨会。该活动旨在汇集制造商、研究人员和政策制定者，共同完善PM-HIP工艺并扩大其在各行业的适用性。此次活动是ORNL更广泛倡议的一部分，旨在推动先进制造解决方案的发展，促进产业与学术界的紧密合作，并确定有针对性的研究需求，以推动技术向商业化迈进。